手指康复机器人串联弹性驱动器的设计与仿真

为了实现手指康复机器人的串联弹性驱动器的可靠输出,建立了该串联弹性驱动器的动力学模型,得到了开环传递函数和闭环传递函数,通过Nyquist(奈氏)和Bode(伯德)图对系统的稳定性进行了分析。最终使用Simulink软件对动力学模型进行了仿真,得到了该系统在不同的弹性系数下的阶跃与正弦的跟踪响应。仿真结果表明,该驱动器模型在特定的弹性系数范围内输出很稳定。     

移动式救援机器人的动力学仿真分析

利用雅克比矩阵概念与拉格朗日乘子方程,分别建立了移动式救援机器人系统的运动学与动力学模型,并以系统的动力学模型为基础,研究了移动式救援机器人的动力学分析过程。为实现对移动式救援机器人工作端轨迹的跟踪控制,提出了一种基于工作空间的逆动力学控制算法。利用Matlab软件,对所得到的运动学、动力学模型与逆动力学控制算法进行了仿真验证。     

欠驱动柔性机器人的动力学建模与耦合特性

运用有限元法,建立具有柔性杆的欠驱动机器人的动力学一般模型。以此模型为基础,分析系统的主动与被动关节的加速度耦合和被动关节与驱动力矩的动力学耦合效应,并针对欠驱动柔性机器人,提出柔性杆弹性变形分别与主动关节、被动关节动力学耦合的新指标。将欠驱动柔性机器人的被动关节加速度耦合和力矩耦合仿真结果与刚性系统相比较,在某个驱动器位置,柔性系统得到较大的耦合值,说明此时柔性系统更加有利于能量的传递,体现了杆件的弹性变形对系统动力学特性的影响。同时,数值仿真还表明这些动力学耦合指标对欠驱动机器人的结构设计、位形设计、驱动装置位置及系统控制都具有重要意义。     

球面两自由度冗余驱动并联机器人弹性动力学分析

建立了球面2-DOF冗余驱动并联机器人弹性动力学模型。将机器人系统的6个空间弯杆划分为6个子结构,考虑空间弯杆的弯曲、拉伸和扭转变形,基于有限元法求出了各子结构的弹性动力学模型;根据转动副的约束特点以及各分支与输出轴的变形协调约束关系,将子结构组装成3个分支并进行装配,得到系统的弹性动力学模型;将理论计算与有限元仿真得到的机构在初始位置时的固有频率进行对比,验证了系统弹性动力学模型的正确性。通过对比分析球面2-DOF非冗余与冗余驱动并联机器人输出端的动态响应,验证了冗余驱动的引入可以明显减小机器人输出端的最大弹性位移。研究结果为含有空间弯杆并联机器人的结构优化设计以及振动分析提供了理论依据。     

基于SEA柔性驱动的动力学模型频域特性研究

为提高康复机器人工作中的柔顺性,分别建立基于位置源及力源驱动的两种串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)的动力学模型,分析其各自稳定性。为逼近人体肌肉变刚度特点,将弹簧与阻尼器并联作为弹性组件,经Laplace(拉普拉斯)变换得到两种SEA的开、闭环传递函数,用频域分析得到各自奈氏图(Nyquist图)和伯德图(Bode图)及频域指标,以改变弹簧刚度ks、阻尼系数cs来分析系统稳定性和快速性。结果表明:在稳定性方面,力源位置源;ks和cs的变化不仅显著影响SEA稳定性,也影响其力输出带宽和幅、相频特性。     

欠驱动柔性机器人动力学建模及仿真

根据欠驱动机器人的结构特点，以柔性多体系统动力学理论为基础，采用便于实时控制的假设模态方法，建立了具有柔性杆件的欠驱动机器人的动力学模型。对动力学模型的求解进行了分析，讨论了被动关节处模态函数各种边界条件的确定。通过对二自由度欠驱动机器人被动关节的位置控制，实现对柔性杆的弹性变形及其变化的仿真分析，所得结果验证了假设模态方法动力学模型的有效性，反映了不同驱动器位置系统的振动特性和对系统振动控制的必要性。     

移动式救援机器人的鲁棒控制问题研究

针对移动式救援机器人系统参数存在误差时的控制问题,基于雅克比矩阵概念与欧拉-拉格朗日方法,建立了移动式救援机器人系统的运动学模型与动力学模型;其次,设计了移动式救援机器人系统转铰空间内的逆动力学控制算法,并分析了系统的运动学与动力学模型存在误差时,对于逆动力学控制算法的影响;接着,为了克服这种影响,引入鲁棒控制思想,设计了新的鲁棒-逆动力学控制算法,利用李雅普诺夫函数证明了控制算法的稳定性。仿真结果表明:新设计的鲁棒-逆动力学控制算法有效地消除了系统不确定性的影响,具有很好的鲁棒性。     

机器人驱动机构中弹性元件功能分析及刚度设计

为了研究弹性元件在仿人机器人腿部弹性驱动机构中的具体功能,并选择合适刚度的弹性元件,以典型的弹性驱动器为基础,建立了弹性驱动器的位置源驱动模型以及仿人机器人小腿弹性驱动机构模型。对驱动机构重要参数进行优化,确定最优参数值,在给定转角范围内,通过仿真计算分别得到转角和驱动力与驱动位移关系图。对比不同弹簧刚度下的关系曲线,利用MATLAB函数确定最优刚度值,得出在合适的弹簧刚度下,弹性元件具有增强机器人小腿驱动稳定性和精确性的功能的结论。     

铁路救援起重机调平系统联合仿真研究

建立64 t铁路救援起重机的ADAMS动力学模型,进行不同工况下A曲线通过性能分析,可知铁路救援起重机的曲线通过性能与行驶稳定性密切相关,调平液压系统的动态响应起到了决定性作用。为研究起重机调平系统的液压缸动态响应性能,在AMESim仿真软件中建立起重机调平装置的液压系统模型,进行多软件接口技术设置,将两种软件联合起来建立机械液压联合仿真平台,通过对比动力学仿真结果和联合仿真结果,得到更加准确的仿真方式,验证动态调平性能。     

外骨骼机器人结构设计与动力学仿真

对外骨骼机器人进行了结构设计,重点介绍了外骨骼机器人的驱动器设计和工作原理。通过ADAMS动力学仿真,得到了外骨骼机器人髋关节、膝关节的动力学参数,分析了仿真结果的正确性,为外骨骼机器人的结构设计提供了可靠的依据。     

外骨骼机器人结构设计与动力学仿真简

对外骨骼机器人进行了结构设计,重点介绍了外骨骼机器人的驱动器设计和工作原理.通过ADAMS动力学仿真,得到了外骨骼机器人髋关节、膝关节的动力学参数,分析了仿真结果的正确性,为外骨骼机器人的结构设计提供了可靠的依据.     

移动式救援机器人的转铰空间轨迹跟踪控制问题研究

首先,本文利用雅克比矩阵概念与拉格朗日乘子方程,分别建立了移动式救援机器人系统的运动学与动力学模型,并以系统的动力学模型为基础。其次,为实现对移动式救援机器人转铰空间轨迹的跟踪控制,分别设计了基于转铰空间的PD控制算法和逆动力学控制算法。最后,利用Matlab软件,对所得到的运动学、动力学模型与控制算法进行了仿真验证。     

微小型救援机器人机械手动力学研究

微小型救援机器人机械手的运动平稳性是微小型救援机器人救援工作顺利进行的前提与保证。针对微小型救援机器人机械手的运动平稳性,采用拉格朗日动力学方法对微小型救援机器人机械手建立了动力学模型,并通过ADAMS软件进行动力学仿真,从而完成微小型救援机器人机械手的动力学分析。仿真结果表明,微小型救援机器人机械手运动无剧烈振动现象。通过实例分析,微小型救援机器人机械手运动过程中的最大振动幅值为0.47mm,保证了机械手的运动平稳性,同时验证了该机构的设计合理性。此方法还可推广到其他救援机器人的平稳性研究,有良好的应用前景。     

3-RRS柔性并联机器人的动力学建模与频率特性分析

对3-RRS柔性并联机器人进行了动力学建模和频率特性分析,提出了一种空间柔性梁单元模型。基于有限元理论、运动弹性动力分析方法和Lagrange方程,建立了3-RRS柔性并联机器人的支链动力学模型,通过系统的运动协调关系将各支链组装在一起,得到系统的弹性动力学方程。在此基础上,通过仿真算例分析了系统固有频率与机构基本参量之间的关系。结果显示,系统固有频率与结构尺寸、截面参数和材料参量等之间都存在密切的联系。     

一种旋转型弹性驱动器设计及动力学性能仿真分析

为提高柔性机器人的运动性能,设计了一种基于弧形螺旋弹簧的旋转型串联弹性驱动器,采用多级回转轴承组合结构,将刚度不同的弹簧内外双层串联,实现关节的大范围柔性输出。建立弹性驱动器动力学模型,采用反演控制方法,设计了弹性驱动器柔性关节控制器;采用Matlab和Adams软件进行联合仿真,对外力干扰下柔性关节的动力学性能进行了仿真分析。结果表明,控制器能够克服干扰力使柔性关节在0.59 s内恢复平衡状态,验证了所设计弹性驱动器结构和控制规律的有效性。     

移动式救援机器人机械手臂的自适应控制问题

分析了移动式救援机器人系统参数存在误差时,其机械臂工作端轨迹的跟踪控制问题。首先基于雅可比矩阵概念与欧拉-拉格朗日方法,建立了移动式救援机器人系统的运动学与动力学模型。然后,分析了系统的运动学与动力学模型存在误差时,对于逆动力学控制算法的影响,为了克服这种影响,引入了参数在线识别算法-自适应控制,设计了新的自适应-逆动力学控制算法。最后,通过计算机数值仿真,验证了设计的自适应-逆动力学控制算法的有效性。     

基于SAMCEF的四自由度并联机器人动力学建模与仿真

利用SAMCEF软件进行了Cross-IV四自由度并联机器人的建模与仿真。首先,利用SolidWorks模型建立了机器人的三维实体模型,并通过运动学逆解模型计算得到驱动轴转角参数。然后,利用SAMCEF软件建立了机器人的多刚体动力学模型和刚柔混合动力学模型,并进行了仿真分析,研究机器人在实际运动过程中杆件的弹性变形对末端轨迹精度的影响,从而预估机器人的动态特性。     

旋转刚-柔耦合系统动力学及热冲击响应分析

利用FOAC模型理论,给出了大范围运动的大变形变截面柔性梁的位移描述,继而得到系统的机械能的高阶表述,然后基于广义Hamilton原理得到系统的动力学模型。系统模型考虑了柔性梁在不同方向的相互耦合影响,使得系统能够对较高速度的旋转刚柔耦合结构进行动力学仿真,避免了传统ZOAC模型对高速旋转柔性系统仿真结果发散的不足,从本质上分析了动力刚化作用。在此基础上,考虑热冲击对系统的动力学响应,包括梁两侧同等热冲击和不等温热冲击,为航天结构和热场环境救援机器人的动力学行为提供仿真模型。     

机器人用RV减速器传动精度测试与虚拟样机仿真

采用光栅法对日本RV-40E减速器进行传动精度的测试,并采集数据得到RV-40E减速器系统传动误差曲线,基于动力学分析软件ADAMS建立机器人用RV减速器的虚拟样机;综合考虑间隙、加工误差、装配误差、弹性变形等因素,对所建立的虚拟样机进行仿真分析,得到机器人用RV减速器的传动误差曲线,对比仿真结果与实测结果,验证和修改所建立的动力学模型,为机器人用RV减速器虚拟样机仿真研究奠定基础。     

煤矿救援机器人虚拟样机仿真分析

运用虚拟样机技术,在CATIA环境下建立煤矿救援机器人三维实体模型并对其结构和运动姿态进行仿真分析。以机器人自撑起运动为例,建立其动力学模型,在ADAMS下进行运动学和动力学仿真。分析机器人在完成自撑起运动时,摆臂的速度、加速度与驱动力矩的变化规律,为煤矿救援机器人的进一步仿真分析提供依据,同时也为煤矿救援机器人控制系统设计提供可行的理论数据。